(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の磁性層と、
第２の磁性層と、
前記第１の磁性層と前記第２の磁性層との間に設けられた中間層と、
前記第１の磁性層の前記中間層が設けられた面と反対面に設けられ、Ｎを含む第１の層と、
前記第１の層の前記第１の磁性層が設けられた面と反対面に設けられ、Ｈｆ、Ａｌ及びＭｇの中から選択された１つ以上の元素とＢとを含む第２の層と、
前記第１の層と前記第２の層との間に設けられ、Ｈｆ、Ａｌ及びＭｇの中から選択された１つ以上の元素とＢとを含む第３の層と、
前記中間層の側壁に設けられ、前記第２の層及び前記第３の層に含まれる前記Ｈｆ、Ａｌ及びＭｇの中から選択された１つ以上の元素とＢとを含む酸化物又は窒化物で形成された絶縁層と、
を具備し、
前記第２の層の前記Ｂの量は、前記第３の層の前記Ｂの量より多く、
前記第１、第２、第３の層は前記第１の磁性層の下地である、磁気記憶素子。
【請求項２】
第１の磁性層と、
第２の磁性層と、
前記第１の磁性層と前記第２の磁性層との間に設けられた中間層と、
前記第１の磁性層の前記中間層が設けられた面と反対面に設けられ、Ｈｆ、Ａｌ及びＭｇの中から選択された１つ以上の元素とＢとを含む層と、
前記中間層の側壁に設けられ、前記層に含まれる前記Ｈｆ、Ａｌ及びＭｇの中から選択された１つ以上の元素を含む絶縁層と、
を具備し、
前記層は前記第１の磁性層の下地である、磁気記憶素子。
【請求項３】
第１の磁性層と、
第２の磁性層と、
前記第１の磁性層と前記第２の磁性層との間に設けられた中間層と、
前記第１の磁性層の前記中間層が設けられた面と反対面に設けられ、Ｎを含む第１の層と、
前記第１の層の前記第１の磁性層が設けられた面と反対面に設けられ、Ｈｆ、Ａｌ及びＭｇの中から選択された１つ以上の元素を含む第２の層と、
前記中間層の側壁に設けられ、前記第２の層に含まれる前記Ｈｆ、Ａｌ及びＭｇの中から選択された１つ以上の元素を含む絶縁層と、
を具備し、
前記第１、第２の層は前記第１の磁性層の下地である、磁気記憶素子。
【請求項４】
前記第２の層は、Ｂを含む、請求項３に記載の磁気記憶素子。
【請求項５】
前記第１の層と前記第２の層との間に設けられ、Ｈｆ、Ａｌ及びＭｇの中から選択された１つ以上の元素を含む第３の層をさらに具備する、請求項４に記載の磁気記憶素子。
【請求項６】
前記第３の層は、Ｂを含み、
前記第２の層の前記Ｂの量は、前記第３の層の前記Ｂの量より多い、請求項５に記載の磁気記憶素子。
【請求項７】
前記絶縁層は、Ｂを含む、請求項２、４、５、６のうちいずれか１項に記載の磁気記憶素子。
【請求項８】
層、第１の磁性層、中間層及び第２の磁性層を順に積層する工程と、
前記層、前記第１の磁性層、前記中間層及び前記第２の磁性層をミリングで加工することで、前記層の一部を前記中間層の側壁に堆積し、堆積層を形成する工程と、
前記堆積層を絶縁化し、絶縁層を形成する工程と、
を具備する磁気記憶素子の製造方法であって、
前記層は、Ｈｆ、Ａｌ及びＭｇの中から選択された１つ以上の元素とＢとを含み、
前記絶縁層は、前記層に含まれる前記Ｈｆ、Ａｌ及びＭｇの中から選択された１つ以上の元素を含む、磁気記憶素子の製造方法。
【請求項９】
第１の層、第２の層、第１の磁性層、中間層及び第２の磁性層を順に積層する工程と、
前記第１の層、前記第２の層、前記第１の磁性層、前記中間層及び前記第２の磁性層をミリングで加工することで、前記第１の層の一部を前記中間層の側壁に堆積し、堆積層を形成する工程と、
前記堆積層を絶縁化し、絶縁層を形成する工程と、
を具備する磁気記憶素子の製造方法であって、
前記第１の層は、Ｈｆ、Ａｌ及びＭｇの中から選択された１つ以上の元素を含み、
前記第２の層は、Ｎを含み、
前記絶縁層は、前記第１の層に含まれる前記Ｈｆ、Ａｌ及びＭｇの中から選択された１つ以上の元素を含む、磁気記憶素子の製造方法。
【請求項１０】
前記ミリングは、第１のミリング工程と、前記第１のミリング工程後の第２のミリング工程とを有し、
前記第１のミリング工程は、前記磁気記憶素子の膜面に対して垂直な方向に対して傾斜する第１の方向でイオンを入射し、
前記第２のミリング工程は、前記磁気記憶素子の前記膜面に対して前記第１の方向より垂直な方向で前記イオンを入射し、
前記堆積層は、前記第２のミリング工程によって前記中間層の側壁に形成する、請求項８又は９に記載の磁気記憶素子の製造方法。
【請求項１１】
前記第１の層は、Ｂを含む、請求項９又は１０に記載の磁気記憶素子の製造方法。
【請求項１２】
前記第１の層と前記第２の層との間に設けられ、Ｈｆ、Ａｌ及びＭｇの中から選択された１つ以上の元素を含む第３の層をさらに具備する、請求項１１に記載の磁気記憶素子の製造方法。
【請求項１３】
前記第３の層は、Ｂを含み、
前記第１の層の前記Ｂの量は、前記第３の層の前記Ｂの量より多い、請求項１２に記載の磁気記憶素子の製造方法。
【請求項１４】
前記絶縁層は、Ｂを含む、請求項８、１１、１２、１３のうちいずれか１項に記載の磁気記憶素子の製造方法。
【請求項１５】
前記絶縁層は、酸化物又は窒化物で形成される、請求項８乃至１４のうちいずれか１項に記載の磁気記憶素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、磁気記憶素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＭＲＡＭ（Magnetic Random Access Memory）の磁気記憶素子として、ＭＴＪ(magneto tunnel junction)素子が用いられている。このＭＴＪ素子１０は、磁性材料やＭｇＯ等の絶縁材料等を含んでいる。このため、半導体分野で一般的に使用されるハロゲンガスを用いて、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）加工することが困難であった。また、ＭＴＪ素子１０の加工にＲＩＥを用いると、耐食性の弱さに起因したコロージョンの問題や、ＭＴＪ素子１０は多くのエッチングが難しい材料を含んでいるため、そもそもエッチングできないという問題が生じる。
【０００３】
この問題の対策として、ＭＴＪ素子１０の加工にあたり、不活性ガスのＡｒイオンを用いたミリング加工が検討されている。しかし、Ａｒイオンによるミリング加工は、物理的に原子を弾き飛ばす。このため、弾き飛ばされた原子の再付着によって、ＭＴＪ素子１０のトンネル障壁層にリーク電流が流れてしまう。従って、ＭＴＪ素子１０のミリング加工では、再堆積層２０による絶縁破壊が問題となり、ＭＴＪ素子１０をショートレスに加工することが困難であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開2009−81314号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
絶縁不良を抑制することが可能な磁気記憶素子及びその製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態による磁気記憶素子は、第１の磁性層と、第２の磁性層と、前記第１の磁性層と前記第２の磁性層との間に設けられた中間層と、前記第１の磁性層の前記中間層が設けられた面と反対面に設けられ、Ｈｆ、Ａｌ及びＭｇの中から選択された１つ以上の元素とＢとを含む層と、前記中間層の側壁に設けられ、前記層に含まれる前記Ｈｆ、Ａｌ及びＭｇの中から選択された１つ以上の元素を含む絶縁層とを具備し、前記層は前記第１の磁性層の下地である。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１の実施形態に係るＭＴＪ素子を示す断面図。
【図２】第１の実施形態に係る他のＭＴＪ素子を示す断面図。
【図３】第１の実施形態に係るＭＴＪ素子の製造工程を示す断面図。
【図４】第１の実施形態に関する、各種材料の酸化物を形成した際の標準自由エネルギーを示す図。
【図５】図３の工程を用いて作製したＭＴＪ素子の抵抗（Ｒ）と抵抗変化率（ＭＲ）の相関を示す図。
【図６】第２の実施形態に係るＭＴＪ素子を示す断面図。
【図７】第２の実施形態に係る他のＭＴＪ素子を示す断面図。
【図８】第３の実施形態に係るＭＴＪ素子を示す断面図。
【図９】第３の実施形態に係る他のＭＴＪ素子を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、実施形態について、図面を参照して説明する。但し、図面は、模式的又は概念的なものであり、各図面の寸法及び比率等は、必ずしも現実のものと同一であるとは限らないことに留意すべきである。また、図面の相互間で同じ部分を表す場合においても、互いの寸法の関係や比率が異なって表される場合もある。特に、以下に示す幾つかの実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための磁気記憶素子を例示したものであって、構成部品の形状、構造、配置等によって、本発明の技術思想が特定されるものではない。尚、以下の説明において、同一の機能及び構成を有する要素については、同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。
【０００９】
［１］第１の実施形態
［１−１］構成
図１及び図２を用いて、第１の実施形態に係るＭＴＪ素子１０（磁気記憶素子、磁気抵抗素子）の構成について説明する。
【００１０】
図１に示すように、ＭＴＪ素子１０は、下地層１２、記憶層１３、中間層１４、参照層１５、上部電極１６及び堆積層２０を含んで構成されている。図１のＭＴＪ素子１０では、下地層１２、記憶層１３、中間層１４、参照層１５及び上部電極１６の順で積層されている。堆積層２０は、下地層１２、記憶層１３、中間層１４及び参照層１５の側壁に形成されている。
【００１１】
下地層１２は、Ｈｆ（ハフニウム）、Ａｌ（アルミニウム）及びＭｇ（マグネシウム）の中から選択された１つ以上の元素とＢ（ホウ素）とを含んで形成されている。下地層１２の材料として、例えば、ＨｆＢ、ＡｌＢ、ＭｇＢ、ＨｆＡｌＢ、ＨｆＭｇＢ、ＭｇＡｌＢを用いてもよい。
【００１２】
堆積層２０は、下地層１２に含まれる元素と同種の元素を１つ以上含んだ絶縁材料で形成されている。つまり、堆積層２０は、下地層１２に含まれるＨｆ、Ａｌ及びＭｇの中から選択された１つ以上の元素を含んだ絶縁材料や、下地層１２に含まれるＨｆ、Ａｌ及びＭｇの中から選択された１つ以上の元素とＢとを含んだ絶縁材料で形成されている。堆積層２０は、下地層１２を構成する材料に対して窒化又は酸化することで絶縁化しており、下地層１２を構成する材料に酸素（Ｏ）又は窒素（Ｎ）を含有した材料で構成される。堆積層２０の酸素含有絶縁材料としては、例えば、ＨｆＢＯ、ＡｌＢＯ、ＭｇＢＯ、ＨｆＡｌＢＯ、ＨｆＭｇＢＯ、ＭｇＡｌＢＯが挙げられる。堆積層２０の窒素含有絶縁材料としては、例えば、ＢＮ、ＭｇＮ、ＡｌＮ、ＡｌＢＮ、ＭｇＢＮ、ＭｇＡｌＢＮが挙げられる。
【００１３】
記憶層１３及び参照層１５は、それぞれ、強磁性材料からなる。垂直磁気異方性を有する垂直磁化型のＭＴＪ素子１０の場合、記憶層１３及び参照層１５は、膜面に垂直な方向の磁気異方性を有し、記憶層１３及び参照層１５の容易磁化方向は、膜面に対して垂直方向を向く。
【００１４】
記憶層１３には、例えば、１．０〜１．４ｎｍ程度のＣｏＦｅＢを用いてもよい。
【００１５】
参照層１５には、例えば、ＴｂＣｏＦｅ、ＣｏとＰｔを積層させた人工格子、ＦｅＰｔをＬ１０に規則化させた結晶膜等を用いてもよい。尚、参照層１５と中間層１４の間にＣｏＦｅＢを挟むことで、参照層１５の分極率を向上させ、高いＭＲ比（磁気抵抗比）を得ることが可能になる。
【００１６】
中間層１４は、非磁性材料からなり、非磁性金属、非磁性半導体、絶縁体等を用いることができる。中間層１４には、例えば、１ｎｍ程度の膜厚のＭｇＯが用いられてもよい。ＭｇＯを中間層１４として用いることで、高いＭＲ比を得ることが可能になる。
【００１７】
上部電極１６は、電極としての機能の他、ＭＴＪ素子１０をパターニングする際のマスクとしても用いられる。このため、上部電極１６としては、低電気抵抗及び耐拡散耐性に優れた材料で、かつ、耐エッチング耐性又は耐ミリング耐性に優れた材料が望まれる。上部電極１６として、例えば、Ｔａ／Ｒｕの積層膜が用いられる。
【００１８】
尚、図２に示すように、ＭＴＪ素子１０は、下地層１２の下に下部電極１１を有してもよい。下部電極１１は、低電気抵抗及び耐拡散耐性に優れた材料が望まれる。下部電極１１として、例えば、Ｔａ／Ｃｕ／Ｔａの積層膜を用いてもよく、下部電極１１を低抵抗化するためにＣｕが用いられ、耐拡散耐性を向上させるためにＴａが用いられている。
【００１９】
図２に示すＭＴＪ素子１０では、下地層１２の下部及び下部電極１１は、下地層１２の上部、記憶層１３、中間層１４、参照層１５及び上部電極１６よりも幅が広くなっている。堆積層２０は、下地層１２の上部、記憶層１３、中間層１４、参照層１５及び上部電極１６の側壁と下地層１２の下部上に形成されている。
【００２０】
［１−２］製造方法
図３（ａ）乃至（ｃ）を用いて、第１の実施形態に係るＭＴＪ素子１０の加工プロセスの一例を説明する。
【００２１】
図３（ａ）に示すように、下地層１２、記憶層１３、中間層１４、参照層１５及び上部電極１６が順に積層される。次に、ＭＴＪ素子１０を加工するために、第１のミリングが行われる。第１のミリングは、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ等の不活性ガス（本例では、Ａｒイオン）を用いたイオンミリングによって実施される。また、第１のミリングでは、入射するイオンの角度を傾斜する方向（例えば、ＭＴＪ素子１０の膜面に対して垂直な方向に対して５０°程度傾斜した方向）に調整することで、中間層１４の側壁に堆積層２０が形成されないようにする。この第１のミリングは、下地層１２の上部が加工されるまで実施される。
【００２２】
次に、図３（ｂ）に示すように、Ａｒイオンの入射角度を膜面に対して垂直方向になるように変え、第２のミリングが行われる。第２のミリングでは、下地層１２がさらにミリングされる。その結果、Ａｒイオンによってミリングされた下地層１２の一部が、ＭＴＪ素子１０の側壁に堆積し、堆積層２０が形成される。尚、第２のミリングにおけるイオンの入射方向は、ＭＴＪ素子１０の膜面に対して、第１のミリングにおけるイオンの入射方向より垂直な方向であることが望ましい。
【００２３】
次に、図３（ｃ）に示すように、ＭＴＪ素子１０の側壁に堆積した堆積層２０を酸化又は窒化し、絶縁化された堆積層２０が形成される。
【００２４】
ここで、堆積層２０の酸化は、例えば、大気暴露によって実施される。但し、堆積層２０の酸化は、大気暴露以外でも可能であり、真空中で酸素ガス、ラジカル酸素、プラズマ酸素又はクラスター酸素イオンに曝すことで、堆積層２０の十分な酸化は可能である。
【００２５】
また、堆積層２０の窒化は、例えば、ラジカル窒素、プラズマ窒素又はクラスター窒素イオンによって実施される。
【００２６】
尚、堆積層２０の酸化物、窒化物は、価数状態に関わりなく、絶縁性が確保されていれば良い。
【００２７】
［１−３］堆積層２０の材料
下地層１２は、（i）Ｈｆ、Ａｌ及びＭｇの中から選択された１つ以上の元素と、（ii）Ｂとを含んでいる。堆積層２０は、下地層１２を構成する（i）及び（ii）のうち、少なくとも（i）を含んだ絶縁材料で形成されることが望ましい。尚、窒化物からなる堆積層２０の場合、下地層１２を構成する（i）及び（ii）のうち、少なくとも（ii）を含んだ絶縁材料で形成されてもよい。この点の詳細について、以下に述べる。
【００２８】
中間層１４の側壁に堆積した堆積層２０が導電性を有すると、中間層１４の側壁に電気が通り、ショート不良が生じる。ショート不良を防止するために、堆積層２０の抵抗率は、０．０００５Ωｃｍ２以上であることが望ましい。また、中間層１４の側壁に堆積した金属が酸化等により絶縁化していても、この絶縁層の破壊電圧耐性が中間層１４に比べて低いと、耐電圧が低下して、ＭＴＪ素子１０に対する繰り返し読み書きの絶縁耐性が劣化する。つまり、中間層１４の側壁に堆積する堆積層２０の材料は、中間層１４と同種の材料、又は、酸化した際に高い絶縁破壊耐性を有することが望ましい。中間層１４に、ＭｇＯ又はＢを含有したＭｇＯを用いると、破壊電圧は、５〜２０ＭＶ／ｃｍ程度となる。このため、堆積層２０は、酸化された状態においてＭｇＯやＭｇＢＯ、又は、酸化することで破壊電圧が５ＭＶ／ｃｍ以上となる材料を用いることが望ましく、例えば、Ｈｆ、Ａｌ及びＭｇの中から選択された１つ以上の元素とＢとを組み合わせた材料を酸化させた酸化物を用いることが望ましい。
【００２９】
また、図３（ｃ）の工程で、堆積層２０を絶縁化するための酸化には、酸素ガスや、ラジカル酸素、プラズマ酸素への暴露工程が必要となる。堆積層２０の酸化プロセスにおいて、酸素強度が強すぎると、記憶層１３や参照層１５が酸化され、磁気特性が劣化してしまう。磁気特性の劣化は、熱擾乱耐性の劣化を引き起こすため、好ましくない。よって、堆積層２０を酸化させるための酸化プロセスは、磁性体を酸化させない程度の弱い酸化であっても、堆積層２０は完全に酸化できることが望まれる。つまり、記憶層１３や参照層１５に比べ、堆積層２０の方が酸化し易い材料であることが必要となる。
【００３０】
図４に示すように、各種材料（Ｍｇ、Ｈｆ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｂ、Ｔａ、Ｗ、Ｆｅ、Ｃｏ）の酸化物を形成した場合、この酸化物の標準自由エネルギーΔＧ（ｋＪ／ｍｏｌ）は異なる。酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）は、マイナス値が大きい酸化物形成の標準自由エネルギーを有する。つまり、Ｍｇ、Ｈｆ及びＡｌは、記憶層１３や参照層１５で主に用いられるＦｅやＣｏよりも、酸素と結合し易いことが分かる。
【００３１】
よって、Ｍｇ、Ｈｆ、Ａｌを主とした材料をＭＴＪ素子１０の側壁に堆積させ、記憶層１３や参照層１５が酸化しない程度の弱い酸化、例えば酸素ガスに暴露するだけで、堆積層２０を十分に酸化させることが可能になり、堆積層２０を良好な絶縁体とすることが可能になる。
【００３２】
また、堆積層２０の絶縁化には、窒化を行ってもよい。この場合、磁性体への酸化ダメージを抑制しつつ、堆積層２０を高抵抗化することが可能になる。
【００３３】
ＢＮ、ＭｇＮ、ＡｌＮは、良好な耐電圧特性を有する絶縁体である。このため、下地層１２としてＭｇ、Ａｌ又はＢを主体とする材料を用い、ＭＴＪ素子１０のミリング加工によって中間層１４の側壁にＭｇ、Ａｌ又はＢを堆積させ、窒化させることで、絶縁不良の無いＭＴＪ素子１０を製造することが可能になる。
【００３４】
記憶層１３で用いるＦｅやＣｏは、窒素に対する反応性が酸素に比べ弱い。つまり、堆積層２０として、窒化し易い材料、かつ、窒化後に良好な絶縁体及び耐破壊電圧特性を有する材料を用いれば、記憶層１３や参照層１５の窒化による磁気特性の劣化を抑えつつ、堆積層２０の窒化による絶縁化を図ることが可能になる。
【００３５】
［１−４］効果
上記第１の実施形態によれば、ＭＴＪ素子１０の下地層１２は、Ｈｆ、Ａｌ及びＭｇの中から選択された１つ以上の元素とホウ素とを含んだ材料で形成されている。そして、ＭＴＪ素子１０のミリング加工において、ＭＴＪ素子１０の側壁に、下地層１２からスパッタリングされた原子の一部を堆積させる。さらに、堆積層を絶縁化することで、ＭＴＪ素子１０の側壁には、下地層１２を構成する元素を含んだ絶縁物からなる堆積層２０が形成される。
【００３６】
このような堆積層２０を構成する材料において、Ｈｆ、Ａｌ又はＭｇは、記憶層１３や参照層１５の材料よりも酸化され易く、かつ、Ｈｆ、Ａｌ又はＭｇの酸化物は、絶縁破壊耐性が高い。また、堆積層２０を構成する材料において、Ｂ、Ａｌ又はＭｇは、記憶層１３や参照層１５の材料よりも窒化され易く、かつ、Ｂ、Ａｌ又はＭｇの窒化物は、絶縁破壊耐性が高い。さらに、下地層１２を構成する材料としてＢが含まれることで、スピンポンピング効果を抑制でき、低電流書き込みが実現できる。よって、本実施形態によれば、絶縁不良の無いＭＴＪ素子１０を実現できる。
【００３７】
一般に、中間層１４の側壁の堆積層２０に導電性が残っていれば、ＭＴＪ素子１０の抵抗Ｒが小さくなるに従って、抵抗変化率ＭＲが小さくなってしまう。しかし、本実施形態では、図５に示すように、低い抵抗Ｒで低い抵抗変化率ＭＲとなるＭＴＪ素子１０が無く、堆積層２０の絶縁不良によるＭＲ劣化が１ビットも無いことが分かる。
【００３８】
［２］第２の実施形態
第２の実施形態は、下地層１２を２層化した例である。尚、第２の実施形態では、上記第１の実施形態と同様の点の説明は省略する。
【００３９】
［２−１］構成
図６及び図７を用いて、第２の実施形態に係るＭＴＪ素子１０の構成について説明する。
【００４０】
図６及び図７に示すように、第２の実施形態の下地層１２は、第１の下地層１２Ａと第２の下地層１２Ｂとの２層で構成されている。第１の下地層１２Ａは、記憶層１３に隣接している。第２の下地層１２Ｂは、第１の下地層１２Ａの記憶層１３と隣接する面と反対側の面に隣接している。
【００４１】
第１の下地層１２Ａは、スピンポンピング効果が小さくなる材料を用いるとよい。例えば、第１の下地層１２Ａには、ＡｌＴｉやＴｉからなる窒化物（ＡｌＴｉＮ、ＴｉＮ）が用いられる。第１の下地層１２Ａに、スピンポンピング効果が小さい材料を用いることで、記憶層１３の摩擦定数が小さくなり、書き込み電流を低減することが可能になる。
【００４２】
第２の下地層１２Ｂは、中間層１４の側壁に堆積した際に酸化又は窒化し易く、かつ、酸化又は窒化すると耐破壊電圧が高い材料を用いるとよい。例えば、第２の下地層１２Ｂは、第１の実施形態における下地層１２と同様、Ｈｆ、Ａｌ及びＭｇの中から選択された１つ以上の元素とＢとを含んで形成されている。但し、第２の下地層１２Ｂの材料として、Ｂは含まれていなくてもよい。
【００４３】
第２の下地層１２Ｂの膜厚は、第１の下地層１２Ａの膜厚よりも厚いことが望ましい。ＭＴＪ素子１０のパターニングの際に、下部電極１１の表面が露出しないようにするためである。
【００４４】
第２の実施形態の堆積層２０は、第２の下地層１２Ｂに含まれるＨｆ、Ａｌ及びＭｇの中から選択された１つ以上の元素を含んだ絶縁材料や、第２の下地層１２Ｂに含まれるＨｆ、Ａｌ及びＭｇの中から選択された１つ以上の元素とＢとを含んだ絶縁材料で形成されている。
【００４５】
尚、第２の実施形態では、２層で下地層１２が形成されているため、第２の下地層１２Ｂと記憶層１３との間に第１の下地層１２Ａが存在する。この場合、第２の下地層１２Ｂは、導電性の材料であっても、中間層１４の側壁に堆積した後に絶縁体となる材料であれば、上記元素に限定されない。
【００４６】
［２−２］効果
上記第２の実施形態では、下地層１２を２層化し、第１の下地層１２Ａを窒化物で形成し、第２の下地層１２Ｂを第１の実施形態における下地層１２と同様の材料で形成する。これにより、ＭＴＪ素子１０の側壁の絶縁物からなる堆積層２０によって、中間層１４の側壁による絶縁破壊の防止とともに、高ＭＲと低電流書き込みが可能になる。
【００４７】
［３］第３の実施形態
第３の実施形態は、第２の実施形態の第１の下地層１２Ａ及び第２の下地層１２Ｂの間に、第３の下地層１２Ｃを設けた例である。尚、第３の実施形態では、上記第１及び第２の実施形態と同様の点の説明は省略する。
【００４８】
［３−１］構成
図８及び図９を用いて、第３の実施形態に係るＭＴＪ素子１０の構成について説明する。
【００４９】
図８及び図９に示すように、第３の実施形態の下地層１２は、第１の下地層１２Ａと第２の下地層１２Ｂと第３の下地層１２Ｃとの３層で構成されている。第３の下地層１２Ｃは、第１の下地層１２Ａと第２の下地層１２Ｂとの間に形成されている。
【００５０】
第１の下地層１２Ａは、記憶層１３の摩擦定数が小さくなる材料を用いるとよい。例えば、第１の下地層１２Ａは、ＡｌＴｉやＴｉからなる窒化物（ＡｌＴｉＮ、ＴｉＮ）からなる。
【００５１】
第２の下地層１２Ｂは、中間層１４の側壁に堆積した際に酸化又は窒化し易く、かつ、酸化又は窒化すると耐破壊電圧が高い材料を用いるとよい。例えば、第２の下地層１２Ｂは、第１の実施形態における下地層１２と同様、Ｈｆ、Ａｌ及びＭｇの中から選択された１つ以上の元素とＢとを含んで形成されている。
【００５２】
第３の下地層１２Ｃの材料としては、ホウ素を含まない金属が望ましく、例えばＨｆを用いることができる。
【００５３】
尚、第３の下地層１２Ｃは、ホウ素を含んで形成されてもよい。この場合、第２の下地層１２Ｂのホウ素の量は、第３の下地層１２Ｃのホウ素の量より多いことが望ましい。ホウ素の拡散を防止するためである。
【００５４】
第２の下地層１２Ｂの膜厚は、第１の下地層１２Ａや第３の下地層１２Ｃの膜厚よりも厚いことが望ましい。ＭＴＪ素子１０のパターニングの際に、下部電極１１の表面が露出しないようにするためである。
【００５５】
［３−２］効果
上記第３の実施形態では、上記第１及び第２の実施形態と同様の効果を得ることができるだけでなく、さらに以下のような効果も得ることができる。
【００５６】
ホウ素を含む第２の下地層１２Ｂ上に窒化物からなる第１の下地層１２Ａを形成すると、成膜プロセスによっては、第２の下地層１２Ｂ中のホウ素と第１の下地層１２中の窒素とが結びつき、絶縁膜を形成する場合がある。下地層１２が絶縁化すると、ＭＲ比の劣化が生じるため好ましくない。
【００５７】
そこで、第３の実施形態では、窒化物からなる第１の下地層１２Ａとホウ素を含む第２の下地層１２Ｂとの間に、第３の下地層１２Ｃを挟む。これにより、第２の下地層１２Ｂの窒化を防止することが可能になり、ＭＲ比の劣化を抑制することができる。
【００５８】
尚、本明細書中における「窒化物」、「酸化物」は、Ｂ、Ｎ、Ｏ、又はＣが混入してもよく、「窒素含有物」、「酸素含有物」であればよい。
【００５９】
上記各実施形態では、下地層１２に隣接する磁性層は、記憶層１３であったが、これに限定されず、記憶層１３と参照層１５の配置を入れ替えることも可能である。
【００６０】
各実施形態における堆積層２０は、下地層１２、記憶層１３、中間層１４及び参照層１５の側壁の全てに形成されることに限定されず、少なくとも中間層１４の側壁に形成されていればよい。
【００６１】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００６２】
１０…ＭＴＪ素子、１１…下部電極、１２…下地層、１３…記憶層、１４…中間層、１５…参照層、１６…上部電極、２０…堆積層。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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